背景

#

手頃な価格のドローンが登場して以来、利用者は増え続けています。機動性が高く、ほかの手段では難しい空中の作業をこなせるからでしょう。5Gが目前に迫った今、研究者たちは、飛んでいるときと、次の飛行まで地上で待機しているときの両方で、ドローンをどこに置くかを最適化する新しい手法に取り組んでいます。配置がうまくいけば、セルラー接続の品質が上がり、空中のユーザー端末と地上の機器の間の平均遅延も減らせます。

A Tutorial on UAVs for Wireless Networks: Applications, Challenges, and Open Problems

#

UAVの種類

#

論文[1]は、UAVをサブクラスへと枝分かれするツリー図で分類しています。

Beyond 5G with UAVs: Foundations of a 3D Wireless Cellular Network

#

はじめに

#

• ドローンが大量に使われるようになれば、無線ネットワークに大きな影響が出る。
• 応用例はサーマルイメージング、荷物配送、空中基地局など。
• この論文は、3D空間を飛ぶ低高度のドローン型ユーザー端末に、高高度プラットフォーム（飛行船のようなUAV）に載せたアクセスポイントがサービスを提供する状況を扱っている。

背景

#

• これまでの研究は、飛行中のドローンそのものがユーザー端末（UE）になるケースを無視していた。
• ドローンネットワークのユーザーアソシエーション（どの基地局に接続するか）に関する先行研究は、空中基地局を考慮していない。

システムモデル

#

• ドローンは2種類。高高度ドローンが、低高度のユーザー端末ドローンに対するアクセスポイントの役割を果たす。

輸送理論

#

私の研究

#

Facility Location Problem Approach for Distributed Drones

#

この論文の出発点は2つの課題です。政府や航空当局はいずれドローンが離着陸できる場所を規制するはずですし、既存の研究の多くは、ドローンがどこから飛び立つのかを根拠なしに決め打ちしています。そこで私たちは、ドローンが離着陸し充電するための決まった拠点である「ドローンポート」と、施設配置問題をもとにしたアルゴリズムを提案しました。このアルゴリズムは候補地の集合からポートを選び、エリア内のタスクまでドローンが移動する平均距離を最小にします。得られるのは最適に近い配置で、ドローン全体のエネルギー消費を減らせます。さらに、いくつかの巡回セールスマン問題のアルゴリズムを使って、ドローンがすべてのタスクを回る最短ルートも求めました。

上の図は、需要の高いエリアにドローンポートを置くという考え方を表したものです。大きく色が付いているのが最適として選ばれたドローンポート、小さくグレーになっているのは、候補地のうち選ばれなかったものです。

施設配置問題

#

施設配置問題として定式化すれば、ドローンポートの配置は「予算と候補地の集合が与えられたとき、どこに置くのが最適か」を求める最適化問題になります。

参考文献

#

[1] Mozaffari, Mohammad, et al. “A tutorial on UAVs for wireless networks: Applications, challenges, and open problems.” arXiv preprint arXiv:1803.00680 (2018).

[2] Mozaffari, Mohammad, et al. “Beyond 5G with UAVs: Foundations of a 3D wireless cellular network.” IEEE Transactions on Wireless Communications 18.1 (2019): 357-372.

[3] Lynskey, Jared, et al. “Facility Location Problem Approach for Distributed Drones.” Symmetry 11.1 (2019): 118.